واکنش منوتکتیک

واکنش منوتکتیک

واکنش منوتکتیک (Monotectic Reaction) هنگامی رخ می دهد که دو مذاب غیر قابل انحلال در یکدیگر در دیاگرام فازی وجود داشته باشند. اجسامی که به طور جزئی در یکدیگر حل می شوند، یک فاصله عدم اختلاط را نشان می دهند. TACFETB خط لیکوئیدوس و TATEJTB خط سالیدوس هستند. آلیاژ هایی که ترکیب آن ها بین نقطه C و F است، در دما های بالای Tm، مخلوطی از دو محلول مذاب L1 و L2 خواهد بود. خطوط CD و FG ترکیب شیمیایی فاز های مذاب در تعادل با یکدیگر در دما های بالاتر را نشان می دهند. در اکثر موارد این خطوط به صورت نقطه چین نشان داده می شوند که این به واسطه مشکلات زیاد برای تعیین دقیق این خطوط در هنگام آزمایش است. چون این خطوط تمایل به نزدیک شدن به یکدیگر را دارند، این امکان وجود دارد که در دما های بالاتر این ناحیه بسته شود و یک محلول مذاب همگن ایجاد شود. این ناحیه شبیه به هر ناحیه دو فازی دیگر مورد بررسی قرار می گیرد و قوانین موجود برای تعیین ترکیب و مقادیر فاز های L1 و L2 به کار برده می شود. مذاب L1 یک محلول مذاب B حل شده در A و L2 یک محلول مذاب A حل شده در B است. آلیاژ X با ترکیب 10% از جز B، یک محلول مذاب تک فازی L1 است و تا X1 به صورت L1 باقی می ماند. {{انجماد}} با تشکیل بلور های خالص شروع می شود.

مذاب از B غنی تر می شود و ترکیب آن به سمت پایین در سمت راست خط لیکوئیدوس حرکت می کند. هنگامی که آلیاژ به خط دمای منوتکتیک (T_m) در نقطه X₂ می رسد، ترکیب مذاب، نقطه C است با ترکیب 20B-80A است. خط افقی روی هر نمودار فازی دلالت بر انجام یک واکنش دارد. در زیر این خط، دو فاز A جامد و مذاب L₂ وجود دارند. به نظر می رسد که L₁ ناپدید و به جای آن L₂ حاوی %60B تشکیل شده است. پس اگر چه L₁ ناپدید شده است، ولی این مذاب به تنهایی نمی تواند تشکیل L₂ داده باشد. زیرا L₁ محلول مذاب غنی از A است، در حالی که L₂ محلول غنی از B است. بنابراین واکنشی که باید در خط افقی اتفاق افتد این است که از مذاب L₁، جامد خالص A به مقدار کافی رسوب کند تا مذابی با ترکیب L₂ تشکیل شود. برای اثبات این می توان قانون اهرم را در بالا و پایین خط T_m به کار برد. در بالای خط T_m، در بالای خط T_m، %50 A جامد و L₁ %50 A، و در زیر آن %17L₂ و %83A جامد وجود دارد. از این رو در خط افقی %50 L₁ باید تشکیل %17L₂ و %33A جامد را بدهد. همانطور که در محاسبات مشخص شده است این واکنش می تواند به صوت زیر خلاصه شود:

در واکنش منوتکتیک، یک مذاب تشکیل یک مذاب دیگر به علاوه یک جامد را می دهد. واکنش کلی منوتکتیک به این صورت است:

نقطه C نقطه منوتکتیک است. بدیهی است که واکنش منوتکتیک شبیه به واکنش یوتکتیک است و تنها اختلاف آن ها این است که یکی از محصولات واکنش منوتکتیک فاز مذاب است. همه نقاط منوتکتیک دو تایی در سیستم های فلزی به ترکیب فاز جامد نزدیکتر هستند، به گونه ای که در این واکنش فاز جامد غالب است. در این حالت، 33% جامد در مقایسه با %17 L₂ تشکیل شده است. همانند آلیاژ های یوتکتیک آلیاژ های سمت چپ نقطه C (مانند آلیاژ X) را آلیاژ های هیپومنوتکتیک می نامند. در حالی که آلیاژ های سمت راست نقطه C را آلیاژ های هیپرمنوتکتیک گویند.

در ادامه سرد کردن تعادلی آلیاژ X بررسی می شود. پس از کامل شدن واکنش منوتکتیک، دما افت می کند و جامد A بیشتری از L₂ رسوب می کند. هنگامی که دمای یوتکتیک رسید، آلیاژ در X₃ است و ترکیب L₂ در نقطه E است. حال واکنش یوتکتیک اتفاق می افتد و L₂ تشکیل مخلوط بسیار ریز جامد A و محلول جامد β را می دهد. ساختار میکروسکوپی شامل 87.5% دانه های اولیه A احاطه شده 12.5% مخلوط یوتکتیک (β+A) خواهد بود.

سرد شدن آرام یک آلیاژ هیپرمنوتکتیک Y با ترکیب 30B-70A را در نظر بگیرید. در دمای بالا، این آلیاژ یک محلول مذاب تک فازی L₁ است. در هنگام سرد کردن، در Y₁ فاز مذاب L₂، (احتمالا در سطح مخزن حاوی L₁ و در نقاط مختلف حمام مذاب) تشکیل می شود. ترکیب L₂ در منطقه دو فازی با کشیدن یک خط رابط تعیین می شود. با کاهش دما مقدار L₂ زیاد می شود، به گونه ای که در دمای درست بالای دمای منوتکتیک در نقطه Y₂ مقدار L₂ مساوی با %25 خواهد بود. در این شرایط مذاب به شکل یک لایه جداگانه در قالب یا بوته وجود خواهد داشت. آن بخش از مخلوط که شامل L₁ است در این دما (T_m) مطابق با معادله منوتکتیک برای تشکیل solidA+L₂ واکنش انجام خواهد داد. با ادامه سرد کردن، A جامد بیشتری از L₂ رسوب می کند و ترکیب آن از B غنی تر می شود تا به دمای یوتکتیک در نقطه Y₃ نزدیک شود. در این دما L₂ باقی مانده (%37.5) واکنش یوتکتیک را تجربه می کند و به مخلوط بسیار ریز A+β منجمد می شود.

منابع و پیوندها